臭氧層——地球生物的保護傘

張興才

摘要：大氣中的臭氧層是使地球生物避免過量紫外線照射的“保護傘”。臭氧層的破壞，勢必威脅地球生物的生存和發(fā)展。為了人類的可持續(xù)發(fā)展，臭氧層的保護已刻不容緩。保護臭氧層不僅僅是政府行為，同時也應(yīng)是各個公民的自覺行為，同時也應(yīng)是各個公民的自覺行動。只有這樣，才可能恢復(fù)臭氧層的本來面目。

關(guān)鍵詞：臭氧層 紫外線 動態(tài)平衡 溫室效應(yīng) 環(huán)境保護

一、原始大氣中無臭氧層

地球形成的初期，其內(nèi)部有大量的氣體，隨著頻繁的火山噴發(fā)和造山運動排出地表，籠罩在地球上空，形成第二代原始大氣，它的主要成分是水蒸氣、二氧化碳、氮氣、甲烷和氨。次生大氣中沒有氧氣，也不能形成臭氧，強烈的紫外線就可以不受任何阻攔而直接照射到地面上，為原始生命的出現(xiàn)提供了能量。大約在36億年前地球上出現(xiàn)了原始生命。原始海洋為原始生命提供了避免強烈紫外線輻射的“避難所”。

二、臭氧層的形成

大約在20多億年前，原始海洋里出現(xiàn)了藍藻，它利用太陽光和大氣中的二氧化碳，合成碳水化合物供自己使用，并“吐出”O(jiān)2，藍藻的光合作用使大氣中的O2增多，CO2減少。此后植物經(jīng)過變異、自然選擇而種類繁多，使大氣中氧氣不斷增加，經(jīng)數(shù)億年變遷后演變成現(xiàn)代大氣?，F(xiàn)代大氣主要由氮（78%）和氧（21%）組成，其他氣體的含量甚微，其中互為同素異形體的氧氣和臭氧對地球生命的生存和進化起著舉足輕重的作用。在低層大氣里，由于缺乏氧原子，因而生成臭氧的機會很少，所以臭氧的含量很低，僅占0.001ppm，隨著高度增加，太陽紫外線輻射增強，氧分子在吸收了太陽波長小于185nm紫外線作用下發(fā)生分解，氧原子隨之增多，因而生成臭氧的機會就多。大致在10km以上臭氧含量逐漸增加，在20—30km氧原子和氧分子的含量都比較多，這一高度中臭氧含量最大，濃度達0.2ppm，形成所謂的臭氧層。在此高度以上紫外線輻射更加強烈，大部分氧分子被分解成氧原子，出現(xiàn)氧原子過多而氧分子過少的狀況，結(jié)合成臭氧的機會就少，所以臭氧含量也逐漸減少。大致在60km以上，臭氧含量就極少了。與此同時，大氣層中臭氧在吸收200—320nm左右紫外線照射時，會使臭氧分解成氧。因此，高層大氣中存在著臭氧和氧相互轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡。由于地球不同緯度受太陽輻射的強度不一，中低緯度上空的臭氧層厚度較厚，而高緯度上空的臭氧層厚度較薄，因此存在著臭氧層分布不均勻現(xiàn)象。

三、臭氧層的重要性

臭氧在形成和分解過程中吸收了大量紫外線，避免了地球上的生物遭受過量紫外線的照射，保護了地球的生物，同時臭氧吸收紫外線以后，使到達地面的太陽輻射能量少了，能使地面溫度和大氣溫度不至于過熱；另一方面照射到地球表面的太陽能以紫外線形式向外層空間散發(fā)熱量，如果全部紫外線散失至外層空間，則現(xiàn)在地球溫度將下降30℃，之所以沒有出現(xiàn)這種情況，是因為大氣層中存在著一些“溫室氣體”——CO2、NO2、H2O、O3、CH4、

CFC等吸收了這些紫外線，O3也扮演了這一角色。由此可見，臭氧層的存在對維持地球環(huán)境十分重要。

四、臭氧層破壞的原因及其帶來的危害

這幾十年來，工廠和家庭廣泛使用冰柜和電冰箱，排放出大量氯氟烴（俗稱氟利昂），這些物質(zhì)在低空中不易分解，當(dāng)它們上升到平流層（臭氧層就在平流層）后，可在光的作用下分解，產(chǎn)生Cl原子，Cl原子可與O3反應(yīng)生成ClO+O2，其產(chǎn)生的ClO又和O反應(yīng)生成Cl和O2。有關(guān)反應(yīng)式如下：

Cl+O3→ClO+O2

ClO+O→Cl+O2

經(jīng)過這種“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”會對臭氧層產(chǎn)生長久的破壞作用。據(jù)一些科學(xué)家研究：現(xiàn)在南極上空出現(xiàn)了臭氧層空洞，面積約為9×106km2，北極上空的臭氧層也在變薄，歐洲、澳大利亞上空的臭氧層在冬季和春季均減少10%，我國青藏高原上空臭氧層空洞越來越大。臭氧層的破壞，給地球環(huán)境和人體健康帶來極大危害：

首先，臭氧層減少照射到地面的紫外線增多。根據(jù)聯(lián)合國一份調(diào)查報告，輻射到北半球的有害紫外線與10年前相比上升了5%，并有越來越強的趨勢，強烈的紫外線會損傷人體皮膚中的遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌，還能引起角膜炎、白內(nèi)障等眼病，還可抑制人類和動物的免疫能力，導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生，與此同時紫外線還能對農(nóng)作物、海洋浮游動植物和自然生態(tài)系統(tǒng)造成直接或間接的影響；

其次，還可能導(dǎo)致世界氣候變暖，這不僅是因為到達地面的紫外線增多，而且氯氟烴還可以強烈吸收紅外線輻射，引起“溫室效應(yīng)”。

五、保護臭氧層

一些國際機構(gòu)和環(huán)保部門，為了保護臭氧層，制定了《蒙特利爾公約》，其中規(guī)定，發(fā)達國家在2004年前應(yīng)該取消使用氯氟烴，發(fā)展中國家在2010年應(yīng)取消使用氯氟烴。后來為了進一步明確責(zé)任，保護世界環(huán)境，增加可持續(xù)發(fā)展，于1992年6月，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會在巴西里約熱內(nèi)盧召開，會議通過了《里約環(huán)境與發(fā)展宣言》、《21世紀(jì)議程》等重要文件。

對臭氧、臭氧層的研究越來越成為各國科學(xué)家研究的熱點，1995年諾貝爾化學(xué)獎授予致力研究臭氧層破壞問題的三位環(huán)境化學(xué)家。現(xiàn)在世界各國政府和人民對大氣層中臭氧層的破壞對地球生物所造成的生存危機越來越重視。保護環(huán)境、保護臭氧層已成為所有地球公民的共識，隨著人類對臭氧層認識的 不斷深入，人類一定會有能力、有辦法解決臭氧層空洞越來越大的難題，并最終還它本來面目。